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破解永樂大鐘變聲之謎
傳統喇叭狀鐘體無法適應城市噪音環境 
朱玲
  2005年09月21日14:46 【字號 】【留言】【論壇】【打印】【關閉
永樂大鐘曾經“聞聲十裡” 攝影 本報記者 曲立岩
永樂大鐘曾經“聞聲十裡” 攝影 本報記者 曲立岩
  明朝蔣一葵《長安客話》記述,昔日的永樂大鐘,“聲聞數十裡,其聲宏宏,時遠時近,有異他鐘”。歷經580多年風風雨雨,大鐘依然保存完好,可是鐘聲卻不再雄渾有力、余音裊裊。9月8日上午,中國科學院傳統工藝與文物科技研究中心的高級工程師夏明明、西澳大利亞大學的教授潘杰等專家來到大鐘寺博物館———這已經不是專家第一次為永樂大鐘“會診”了。

  永樂大鐘不再“聲聞數十裡”,200米開外就很難聽見。

  明永樂十八年(公元1420年),明成祖朱棣把都城從南京遷到了北京,他命人修建紫禁城、天壇,鑄造永樂大鐘。永樂大鐘造型古朴、精美、雄偉、凝重,鐘聲輕擊時圓潤、深沉、古雅,重擊時渾厚、洪亮、庄嚴。鐘體通高5.55米、最大直徑3.3米,總重約46噸。它是世界上鑄有文字最多的大鐘,鐘身內外鑄有23萬余字的漢、梵文佛教經咒,字體清晰,筆力遒勁,堪稱鑄造工藝之極品,被列為“世界佛鐘之最”。因其在古鐘文化、聲學、力學、鑄造技術等方面的成就,永樂大鐘被譽為“鐘王”。每年元旦、春節除夕之夜,人們都要把永樂大鐘敲響108下,表達國泰民安的美好祝願,辭舊迎新。

  據夏工程師介紹,盡管永樂大鐘所在的大鐘寺地處京西北,但以前它的鐘聲,雄渾有力,延綿不絕,僅余音就可持續3分鐘之久,遠在盧溝橋、大興的人們都能聽到鐘聲。只是,隨著時間的推移,永樂大鐘的鐘聲傳不遠了,200米開外就很難聽見。

  上世紀90年代初,這個問題越發明顯。1997年除夕夜,北京市政府計劃零點時永樂鐘聲響徹全市上空,於是就在全市選擇了五六個制高點,借助氣動揚聲器,把事先錄制的永樂大鐘的鐘聲向全市播放,結果並未達到預期效果,而“氣動揚聲器在對台廣播的時候用過,從廈門能夠傳到金門,幾十海裡都傳出去了,效果非常好”。

  永樂大鐘的鐘體結構不再適應大都市的外部傳聲條件。

  夏工程師告訴記者,現在北京四周高樓林立,不再像以前那麼開闊,環境噪音大,永樂大鐘的鐘體結構,不再適應其外部傳聲條件。“音量大小,對聲音傳得遠近有一定影響,但決定聲音傳得遠近的並不只是音量。音量達到一定水平之后,音的傳播效能,取決於聲音固有的振動頻率———這直接決定了人們的響動感覺。聲音振動頻率低,響動感覺就不明顯。”

  “鐘聲產生於撞擊引起的振動,但有的鐘,你使勁撞,即便撞破了,鐘聲也不一定傳得出去。這裡涉及一個‘等響曲線’的問題。舉個例子,我們經常能夠在街頭看到環境噪聲的評價指標,如60多分貝、70多分貝等。通常,在這種噪音環境下,人的耳朵對100赫茲以下的聲音,感覺就會鈍化了,此時人最敏感的聲音是1000赫茲到2000赫茲。”

  經專家測音,永樂鐘聲所包含的頻率,最低基頻率16赫茲。“中國古鐘的基頻音都比較低,基頻音低有庄嚴的效果。它在古代‘聲聞數十裡,其聲宏宏’,但現在城市高層建筑越來越多,‘老北京’變樣了,基頻音還是這麼低,人們就很難聽見鐘聲。1997年除夕之夜,市政府最初希望鐘聲能響徹全城,結果未償所願。如果當時錄制的不是基頻音16赫茲的鐘聲,而是一個主要頻率中有超過了800赫茲的鐘聲,那就好了,不用揚聲器,鐘聲聽起來也會非常響亮。”

  專家嘗試增加鐘口壁厚,鐘聲“宏宏”卻不再“時遠時近”。

  城市在不斷發展,永樂大鐘的外部發聲條件很難改變。那如何才能讓“鐘王”恢復昔日風採呢?夏工程師首先想到的是提高永樂大鐘的基頻音。

  基頻音取決於鐘體結構,鐘體結構有四個關鍵點:一是口徑比,即鐘體的高度和口徑的比例﹔二是鐘腔比,鐘體鐘腰的直徑比例和鐘口沿兒直徑的比例﹔三是壁厚差,就是鐘體上中下段和口沿兒的不同厚度之間的比例關系﹔四是口沿兒的造型。

  千百年來,中國古鐘的基本形狀是鐘身高度與口徑之比在1:0.7左右,永樂大鐘也不例外。鐘腰部位的厚度是94毫米,而鐘口部位的壁厚是185毫米,測音表明,不同厚度的各個部位,就會產生相應的頻率振動,發出不同聲音,而眾多分音匯集,鐘聲就會“時遠時近,有異他鐘”,產生雄渾的效果。大鐘形似喇叭,鐘頂小、鐘腰細、鐘身長、鐘口外張。當撞擊時,鐘體振動,各分音的頻率恰當,使產生的聲音聽起來很和諧。

  從永樂大鐘的實際情況出發,專家最先嘗試的方案是增加鐘口壁厚。2000年到來之前,適逢兩個世紀交替,夏工程師應邀為武漢黃鶴樓設計一個21噸重的“千年吉祥鐘”。在做2.1噸的實驗鐘時,他嘗試著增加了鐘口壁厚。測音結果表明,鐘口壁厚增加之后,基頻音確實提高了,鐘聲清越,但是總是十幾秒就“戛然而止”,延時音明顯下降,“時遠時近”的感覺消失得無影無蹤。“沒有延時音,鐘聲音量再高,也少了靈魂”。由此可見,增加鐘口壁厚,對“還原”永樂大鐘昔日風採而言,是不可行的。

  運用飛機制造軟件為古鐘收腰。

  既然永樂大鐘鐘體結構很難改變,那麼如何才能使人們再次聆聽永樂鐘聲昔日的美妙呢?在這一探索過程中,現代技術功不可沒。

  夏工程師告訴記者,以前繪制鐘體結構圖,常用米字格繪圖紙來畫圖,現在,往往借助計算機輔助系統,用CAD軟件繪圖,這使結構圖的繪制和修改變得十分便捷、精准。分析鐘體結構圖的同時,就可以在電腦上建立“模型鐘”。借助制造飛機時用的“有限元分析軟件”,還能計算出“模型鐘”鐘體的振動頻律,可以得出它的基頻音,甚至可以測算出影響大鐘音量、延時音、音色的相關數據。這樣,在未對古鐘真正“動刀”之前,專家已經在計算機上修改了好幾次了,這樣大大降低了物力成本。

  借助這些現代技術,夏工程師找到了一種更好地為響鐘重現輝煌的辦法,那就是改變大鐘的鐘腔比。“說的通俗點,就是把鐘的腰收起來,鐘體的上端內斂,口沿外張。傳統的鐘腔比是0.8,經過計算將它減小為0.6。以1.2噸級的響鐘來說,基頻音能保証在110赫茲以上,延時音也上來了,主觀音高等各項鑄鐘的行業指標全都上來了。遵循這些數據鑄造的響鐘,成為傳統工藝與文物科技相結合的標准件。今年年初,夏工程師應邀主持設計制造中國農業大學百年校慶紀念鐘,他就如法炮制,小試牛刀。9月16日,中國農業大學百年校慶之時,紀念鐘被敲響,“其聲宏宏,時遠時近”,方圓約2公裡開外都能聽得見,完全可以和永樂鐘聲相媲美。

來源:北京科技報 (責任編輯:許秀華)
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